一種高功率可調(diào)諧1.7μm鎖模光纖激光器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高功率可調(diào)諧1.7μm鎖模光纖激光器，包括高功率種子源部分和孤子自頻移部分；高功率種子源部分包括腔體部分和空間部分；腔體部分包括半導(dǎo)體光泵浦、光纖合束器、色散補(bǔ)償光纖、光纖準(zhǔn)直器、雙包層增益光纖；空間光路部分包括1/4波片、1/2波片、偏振分束棱鏡、雙折射濾波片、光隔離器；孤子自頻移部分包括寬帶高反鏡、透鏡、光隔離器、1/2波片和孤子自頻移裝置。采用雙包層增益光纖提高激光輸出功率，同時(shí)通過改變雙折射濾波片的角度旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)波長的調(diào)諧輸出，最后用孤子自頻移裝置實(shí)現(xiàn)從1550nm波段到1.7μm波段的轉(zhuǎn)換，是多光子熒光顯微鏡性能更優(yōu)的光源?？蓪?shí)現(xiàn)自啟鎖模激光輸出和高功率調(diào)諧輸出，結(jié)構(gòu)簡單、工作性能優(yōu)越、成本低廉且易于操作。
【專利說明】
一種高功率可調(diào)諧1.7um鎖模光纖激光器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及光纖鎖模激光器技術(shù)領(lǐng)域，更具體涉及一種高功率可調(diào)諧1.7um鎖模光纖激光器。
【背景技術(shù)】
[0002]多光子顯微鏡(Multiphoton Microscopy，MPM)具有成像深度深、光損傷小、空間分辨率和對比度高、熒光收集率高、探測光路要求低、光漂泊區(qū)域小的特性，是研究生物組織結(jié)構(gòu)的有利工具。因此，目前以非線性光效應(yīng)產(chǎn)生的MPM技術(shù)，已被廣泛應(yīng)用于老年癡呆研究、細(xì)胞中鈣離子的研究、血管再生的研究、腫瘤細(xì)胞迀移等各個(gè)生物研究領(lǐng)域，為開拓新學(xué)科和促進(jìn)科學(xué)研究領(lǐng)域向更高層次發(fā)展起到了非常重要的作用。然而要想實(shí)現(xiàn)MPM的關(guān)鍵技術(shù)之一就是要獲得高質(zhì)量的超短脈沖激光源。目前，大多數(shù)MPM系統(tǒng)主要是基于鈦寶石激光系統(tǒng)，輸出峰值能量為20nJ到30nJ的飛秒激光脈沖，如此高的輸出能量足以開展上述實(shí)驗(yàn)研究。然而，拋開結(jié)構(gòu)復(fù)雜和價(jià)格昂貴等缺點(diǎn)，這些激光系統(tǒng)的輸出波長一般在700-1lOOnm范圍以內(nèi)，對于多光子成像在新鮮組織樣品或生物活體成像的應(yīng)用有很大的限制。
[0003]由于生物組織樣品十分不均勻而且組織成分間存在較強(qiáng)的散射，這些因素使得光學(xué)成像只能用于薄切片或者組織表層，因此成像深度的提高是一個(gè)主要的科學(xué)挑戰(zhàn)。MPM技術(shù)的發(fā)展在很大的程度提高了高分辨率成像的深度，特別在活體成像當(dāng)中效果更加明顯。生物組織中的多光子激發(fā)成像深度主要依賴于沒有發(fā)生散射的光子達(dá)到焦平面的能力和收集非線性熒光的能力。因此，要想提高成像深度，必須需要降低組織樣品的散射作用。而影響散射作用的最直接因素就是激光工作波長，現(xiàn)有研究表明在綜合考吸收效應(yīng)和散射效應(yīng)后，最佳激發(fā)波長在1.7μπι范圍附近。因此要想提高多光子成像深度需要激發(fā)激光工作在I.7μπι波段附近的可調(diào)諧飛秒激光源。
[0004]但是目前1.7μπι波段附近的可調(diào)諧飛秒激光源大部分采用的是飛秒激光同步栗浦光參量振蕩器來實(shí)現(xiàn)雖然說這種系統(tǒng)都可以實(shí)現(xiàn)1.7μπι波段范圍的飛秒激光輸出，但是該光參量振蕩器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，長期穩(wěn)定性差，而且整個(gè)系統(tǒng)成本較高也不適合整個(gè)系統(tǒng)的大規(guī)模實(shí)用化集成開發(fā)。因此如何更有效的產(chǎn)生1.7μπι波段附近的可調(diào)諧飛秒激光源是多光子顯微成像等應(yīng)用領(lǐng)域急需解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有1.7μπι鎖模光纖激光現(xiàn)存的缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種高功率可調(diào)諧1.7μπι鎖模光纖激光器，能夠產(chǎn)生穩(wěn)定鎖模激光脈沖。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案:
[0007]—種高功率可調(diào)諧1.7μπι鎖模光纖激光器，包括高功率種子源部分和孤子自頻移部分；
[0008]所述高功率種子源部分包括腔體部分和空間部分，其中:
[0009]腔體部分包括半導(dǎo)體光栗浦、光纖合束器、色散補(bǔ)償光纖、第一光纖準(zhǔn)直器、雙包層增益光纖；
[0010]空間光路部分包括第一I/4波片、第一 I / 2波片、偏振分束棱鏡、雙折射濾波片、第一光隔離器、第二 1/4波片；
[0011]所述孤子自頻移部分包括寬帶平面高反鏡、第二光隔離器、第二1/2波片、透鏡和孤子自頻移裝置；
[0012]所述高功率種子源部分為按順序熔接在一起的半導(dǎo)體光栗浦、光纖合束器、色散補(bǔ)償光纖和第一光纖準(zhǔn)直器；
[0013]所述光纖合束器另一輸出端與雙包層Er:Yb共摻增益光纖、第二光纖準(zhǔn)直器順序恪接。
[0014]在第一光纖準(zhǔn)直器和第二光纖準(zhǔn)直器設(shè)置空間光路部分，所述空間光路依次為第一 1/4波片、第一 1/2波片、偏振分束棱鏡、雙折射濾波片(8)、第一光隔離器、第二 1/4波片；
[0015]所述孤子自頻移部分是光路中依次放置的第二光隔離器、第二1/2波片、透鏡和孤子自頻移裝置。
[0016]依據(jù)本發(fā)明，所述的半導(dǎo)體光栗浦為多模光纖耦合的半導(dǎo)體激光器，其中心波長位于976nm附近。
[0017]所述光纖光束合束器的工作波長是976/1550nm，光纖光束合束器的栗浦端尾纖采用多模980nm光纖，信號輸出端尾纖采用與雙包層增益光纖(12)匹配的雙包層光纖。
[0018]所述色散補(bǔ)償光纖類型為單模光纖，用于補(bǔ)償腔內(nèi)的過多的負(fù)色散，在1550nm波段提供負(fù)色散。
[0019]所述第一光纖準(zhǔn)直器和第二光纖準(zhǔn)直器工作波長為1550±40nm，尾纖采用負(fù)色散單模光纖。
[0020]所述第一1/4波片、第一 1/2波片、第二 1/4波片和第二 1/2波片工作波長均為1550±40nmo
[0021]所述第一隔離器和第二隔離器工作波長為1550±40nm，隔離度大于30dB。
[0022]所述雙包層Er: Yb共摻增益光纖在1550nm波段提供正色散。
[0023]所述孤子自頻移裝置采用拉錐單模光纖或光子晶體光纖作為工作物質(zhì)。
[0024]本發(fā)明的高功率可調(diào)諧1.7μπι鎖模光纖激光器，帶來的技術(shù)效果在于:
[0025]1、合理設(shè)計(jì)種子激光結(jié)構(gòu)和拉錐單模光纖或光子晶體結(jié)構(gòu)，利用拉錐單模光纖或光子晶體光纖的孤子自頻移效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)1.7μπι波段的飛秒激光調(diào)諧輸出。
[0026]2、是多光子熒光顯微鏡性能更優(yōu)的光源。
[0027]3、結(jié)構(gòu)簡單可靠、可實(shí)現(xiàn)自啟鎖模激光輸出、實(shí)現(xiàn)高功率調(diào)諧輸出、而且工作性能優(yōu)越、成本低廉易于操作。
【附圖說明】
:
[0028]圖1為本發(fā)明的高功率可調(diào)諧1.7um鎖模光纖激光器的光路結(jié)構(gòu)示意圖，也是一個(gè)較佳的實(shí)施例。
[0029]圖2為孤子自頻移裝置中拉錐單模光纖或光子晶體光纖的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖中的標(biāo)記分別表示:1、半導(dǎo)體栗浦源，2、光纖合束器，3、色散補(bǔ)償光纖，4、第一光纖準(zhǔn)直器，5、第一1/4波片，6、第一1/2波片，7、偏振分光棱鏡，8、雙折射濾光片，9、第一光隔離器，10、第二 1/4波片，11、第二光纖準(zhǔn)直器，12、雙包層Er:Yb共摻增益光纖；13:寬帶平面高反鏡;14:第二光隔離器;15:第二第一 1/2波片；16:透鏡;17:孤子自頻移裝置。
[0031 ]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
【具體實(shí)施方式】
[0032]以下給出的實(shí)施例，是為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0033]本實(shí)施例提供一種高功率可調(diào)諧1.7μπι鎖模光纖激光器，其高功率可調(diào)諧激光光路結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括:
[0034]高功率種子源部分和孤子自頻移部分；
[0035]所述高功率種子源部分包括腔體部分和空間部分，其中:
[0036]腔體部分包括半導(dǎo)體光栗浦1、光纖合束器2、色散補(bǔ)償光纖3、第一光纖準(zhǔn)直器4和雙包層增益光纖12。
[0037]空間光路部分包括第一1/4波片5、第一 1/2波片6、偏振分束棱鏡7、雙折射濾波片
8、第一光隔離器9、第二 1/4波片10;
[0038]孤子自頻移部分包括寬帶平面高反鏡13、第二光隔離器14、第二1/2波片15、透鏡16和孤子自頻移裝置17。
[0039]高功率種子源部分為按順序熔接在一起的半導(dǎo)體光栗浦1、光纖合束器2、色散補(bǔ)償光纖3和第一光纖準(zhǔn)直器4;光纖合束器2另一輸出端與雙包層增益光纖12、第二光纖準(zhǔn)直器11順序熔接。
[0040]在第一光纖準(zhǔn)直器4和第二光纖準(zhǔn)直器11設(shè)置空間光路部分，該空間光路依次為第一 1/4波片5、第一 1/2波片6、偏振分束棱鏡7、雙折射濾波片8、第一光隔離器9、第二 1/4波片10。
[0041]孤子自頻移部分是光路中依次放置第二光隔離器14、第二1/2波片15、透鏡16和孤子自頻移裝置17。
[0042]本實(shí)施例中，半導(dǎo)體栗浦源I，為光纖耦合輸出的半導(dǎo)體激光器，用于輸出波長為976nm的栗浦激光，典型輸出功率為I Off，光纖尾纖為多模光纖；
[0043]光束合束器2，為將栗浦光耦合進(jìn)入激光腔內(nèi)，栗浦端2a尾纖類型為105/125多模光纖，信號輸出端2b和2c尾纖類型為雙包層增益光纖匹配光纖。
[0044]色散補(bǔ)償光纖3采用正色散補(bǔ)償光纖，模場直徑5um。
[0045]第一光纖準(zhǔn)直鏡5和第二準(zhǔn)直鏡12，為將空間光與光纖光相互轉(zhuǎn)換，尾纖類型為單模負(fù)色散光纖；
[0046]第一1/4波片6、第一 1/2波片7、第二 1/4波片11、第二 1/2波片，用于改變激光偏振實(shí)現(xiàn)非線性偏振旋轉(zhuǎn)鎖模，波片鍍有對激光在1500-1600nm高透膜；
[0047]偏振分束棱鏡8，消光比大于1000:1，鍍有對激光在1500-1600nm高透膜；
[0048]雙折射濾波片9，采用熔石英材料，厚度為7.5mm;
[0049]第一光隔離器10和第二光隔離器，工作波長為1550±40nm，隔離度大于30dB;
[0050]孤子自頻移裝置17如圖2所示，采用長度較短的拉錐單模光纖或光子晶體光纖，通過控制拉錐區(qū)長度和芯徑來優(yōu)化孤子自頻移效應(yīng)。
[0051 ]本實(shí)施例中采用的雙包層Er: Yb共摻增益光纖12，是一種多模栗浦源和Er: Yb共摻雙包層光纖，可以實(shí)現(xiàn)高功率輸出；同時(shí)合理優(yōu)化色散補(bǔ)償光纖長度，調(diào)整腔內(nèi)色散分布，保證激光脈沖穩(wěn)定輸出；通過調(diào)整雙折射濾光片的角度可以有效實(shí)現(xiàn)激光的調(diào)諧輸出，最終耦合進(jìn)入優(yōu)化后的孤子自頻移裝置實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧的1.7μπι鎖模光纖激光輸出，這樣就會實(shí)現(xiàn)一種高功率可調(diào)諧I.7μπι鎖模光纖激光器。該高功率可調(diào)諧1.7μπι鎖模光纖激光器具有很好的實(shí)用性和可操作性，結(jié)構(gòu)緊湊小巧、適于重復(fù)生產(chǎn)和組裝，適于批量化生產(chǎn)、成本較低、激光單向輸出、高輸出功率、寬帶可調(diào)諧輸出、高穩(wěn)定性以及高光束質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于國防、工業(yè)、醫(yī)療、科研等領(lǐng)域，具有很好的應(yīng)用前景和商業(yè)價(jià)值。
[0052]最后所應(yīng)說明的是，盡管參照上述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上所進(jìn)行的簡單修改或者等同替換，都不會脫離本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高功率可調(diào)諧1.7μπι鎖模光纖激光器，包括高功率種子源部分和孤子自頻移部分;其特征在于: 所述高功率種子源部分包括腔體部分和空間部分，其中: 腔體部分包括半導(dǎo)體光栗浦(I)、光纖合束器(2)、色散補(bǔ)償光纖(3)、第一光纖準(zhǔn)直器(4)、雙包層增益光纖(12); 空間光路部分包括第一I/4波片(5)、第一I/2波片(6)、偏振分束棱鏡(7)、雙折射濾波片(8)、第一光隔離器(9)、第二 1/4波片(10); 所述孤子自頻移部分包括寬帶平面高反鏡(13)、第二光隔離器(14)、第二 1/2波片(15)、透鏡(16)和孤子自頻移裝置(17); 所述高功率種子源部分為按順序熔接在一起的半導(dǎo)體光栗浦(I)、光纖合束器(2)、色散補(bǔ)償光纖(3)和第一光纖準(zhǔn)直器(4);所述光纖合束器(2)的另一輸出端與雙包層Er:Yb共摻增益光纖(12 )、第二光纖準(zhǔn)直器(11)順序熔接； 在第一光纖準(zhǔn)直器(4)和第二光纖準(zhǔn)直器(11)設(shè)置空間光路部分，所述空間光路依次為第一I/4波片(5)、第一 1/2波片(6)、偏振分束棱鏡(7)、雙折射濾波片(8)、第一光隔離器(9)、第二 1/4 波片(10); 所述孤子自頻移部分是光路中依次放置的第二光隔離器(14)、第二 1/2波片(15)、透鏡(16)和孤子自頻移裝置(17)。2.如權(quán)利要求1所述的高功率可調(diào)諧1.7μπι鎖模光纖激光器，其特征在于，所述的半導(dǎo)體光栗浦(I)為多模光纖耦合的半導(dǎo)體激光器，其中心波長位于976nm附近。3.如權(quán)利要求1所述的高功率可調(diào)諧1.7μπι鎖模光纖激光器，其特征在于，所述光纖光束合束器(2)的工作波長是976/1550nm，光纖光束合束器(2)的栗浦端尾纖采用多模980nm光纖，信號輸出端尾纖采用與雙包層增益光纖(12)匹配的雙包層光纖。4.如權(quán)利要求1所述的高功率可調(diào)諧1.7μπι鎖模光纖激光器，其特征在于，所述色散補(bǔ)償光纖(3)類型為單模光纖，用于補(bǔ)償腔內(nèi)的過多的負(fù)色散，在1550nm波段提供負(fù)色散。5.如權(quán)利要求1所述的高功率可調(diào)諧1.7μπι鎖模光纖激光器，其特征在于，所述第一光纖準(zhǔn)直器(4)和第二光纖準(zhǔn)直器(11)工作波長為1550±40nm，尾纖采用負(fù)色散單模光纖。6.如權(quán)利要求1所述的高功率可調(diào)諧1.7μπι鎖模光纖激光器，其特征在于，所述第一1/4波片(5)、第一 1/2波片(6)、第二 1/4波片(10)和第二 1/2波片(15)工作波長均為1550±.40nmo7.如權(quán)利要求1所述的、高功率可調(diào)諧1.7μπι鎖模光纖激光器，其特征在于，所述第一隔離器(9)和第二隔離器(14)工作波長為1550±40nm，隔離度大于30dB。8.如權(quán)利要求1所述的高功率可調(diào)諧1.7μπι鎖模光纖激光器，其特征在于，所述雙包層Er: Yb共摻增益光纖(12)在1550nm波段提供正色散。9.如權(quán)利要求1所述的高功率可調(diào)諧1.7μπι鎖模光纖激光器，其特征在于，所述孤子自頻移裝置(17)采用拉錐單模光纖或光子晶體光纖作為工作物質(zhì)。
【文檔編號】H01S3/10GK105896248SQ201610305758
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年5月10日
【發(fā)明人】侯磊, 白晉濤, 李蒙蒙, 孫博, 陸寶樂
【申請人】西北大學(xué)